计算机思维导图

# 《计算机思维导图》

## 一、 计算机基础

### 1.1 计算机组成

*   **1.1.1 硬件系统**
    *   CPU (中央处理器)
        *   运算器：执行算术和逻辑运算。
        *   控制器：控制指令的执行顺序和数据流。
        *   高速缓存 (Cache)：提高CPU访问速度。
    *   存储器
        *   内存 (RAM)：临时存储数据和程序。
        *   只读存储器 (ROM)：存储启动程序和BIOS。
        *   硬盘 (HDD/SSD)：永久存储数据。
    *   输入设备
        *   键盘、鼠标、扫描仪、摄像头等。
    *   输出设备
        *   显示器、打印机、音响等。
    *   总线
        *   连接各个组件，传输数据和控制信号。

*   **1.1.2 软件系统**
    *   系统软件
        *   操作系统 (OS)：管理硬件资源，提供用户界面。
            *   Windows、Linux、macOS、Android、iOS等。
        *   驱动程序：控制硬件设备。
        *   编程语言及其编译器/解释器 (如C++, Java, Python)。
    *   应用软件
        *   办公软件、游戏、浏览器、图像处理软件等。

### 1.2 数据表示与存储

*   **1.2.1 数据类型**
    *   基本数据类型
        *   整型 (int, short, long, byte)
        *   浮点型 (float, double)
        *   字符型 (char)
        *   布尔型 (boolean)
    *   复合数据类型
        *   数组
        *   结构体 (struct)
        *   类 (class)
        *   指针 (pointer)

*   **1.2.2 数据编码**
    *   二进制
    *   ASCII码
    *   Unicode (UTF-8, UTF-16, UTF-32)

*   **1.2.3 存储方式**
    *   位 (bit)
    *   字节 (byte)
    *   千字节 (KB)
    *   兆字节 (MB)
    *   吉字节 (GB)
    *   太字节 (TB)

### 1.3 操作系统原理

*   **1.3.1 进程管理**
    *   进程的概念
    *   进程状态 (新建、就绪、运行、阻塞、终止)
    *   进程调度算法 (FCFS, SJF, 优先级调度, 轮转调度)
    *   进程间通信 (IPC)
        *   共享内存、消息队列、管道等。
    *   死锁

*   **1.3.2 内存管理**
    *   内存分配
        *   连续分配 (固定分区、可变分区)
        *   非连续分配 (分页、分段、段页式)
    *   虚拟内存
        *   页面置换算法 (FIFO, LRU, OPT)

*   **1.3.3 文件系统**
    *   文件组织方式 (目录结构)
    *   文件操作 (创建、删除、读写)
    *   磁盘管理

## 二、 编程基础

### 2.1 编程范式

*   **2.1.1 面向过程编程**
    *   以过程为中心，强调算法。
    *   C语言。

*   **2.1.2 面向对象编程**
    *   以对象为中心，强调封装、继承、多态。
    *   Java, C++, Python。

*   **2.1.3 函数式编程**
    *   以函数为中心，强调纯函数、不可变性。
    *   Haskell, Lisp, Scala。

### 2.2 常用数据结构

*   **2.2.1 线性结构**
    *   数组
    *   链表 (单向链表、双向链表、循环链表)
    *   栈 (LIFO)
    *   队列 (FIFO)

*   **2.2.2 非线性结构**
    *   树
        *   二叉树、二叉搜索树、平衡二叉树、B树、B+树。
    *   图
        *   邻接矩阵、邻接表。

### 2.3 常用算法

*   **2.3.1 排序算法**
    *   冒泡排序、选择排序、插入排序、快速排序、归并排序、堆排序。

*   **2.3.2 查找算法**
    *   顺序查找、二分查找、哈希查找。

*   **2.3.3 图算法**
    *   深度优先搜索 (DFS)、广度优先搜索 (BFS)。
    *   最短路径算法 (Dijkstra, Floyd-Warshall)。
    *   最小生成树算法 (Prim, Kruskal)。

*   **2.3.4 动态规划**

## 三、 计算机网络

### 3.1 网络协议

*   **3.1.1 OSI 模型**
    *   物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层、应用层。

*   **3.1.2 TCP/IP 协议族**
    *   应用层 (HTTP, FTP, SMTP, DNS)
    *   传输层 (TCP, UDP)
    *   网络层 (IP)
    *   数据链路层 (以太网, PPP)

### 3.2 网络拓扑结构

*   总线型、星型、环型、树型、网状型。

### 3.3 网络安全

*   防火墙
*   入侵检测系统 (IDS)
*   虚拟专用网络 (VPN)
*   加密技术 (对称加密、非对称加密、哈希算法)

## 四、 数据库

### 4.1 关系型数据库

*   **4.1.1 SQL**
    *   查询 (SELECT)
    *   插入 (INSERT)
    *   更新 (UPDATE)
    *   删除 (DELETE)

*   **4.1.2 关系模型**
    *   实体、属性、关系
    *   主键、外键

*   **4.1.3 ACID 特性**
    *   原子性 (Atomicity)
    *   一致性 (Consistency)
    *   隔离性 (Isolation)
    *   持久性 (Durability)

*   **4.1.4 数据库设计**
    *   范式 (1NF, 2NF, 3NF, BCNF)

### 4.2 NoSQL 数据库

*   键值数据库 (Redis, Memcached)
*   文档数据库 (MongoDB)
*   列式数据库 (HBase)
*   图形数据库 (Neo4j)

## 五、 软件工程

### 5.1 软件开发模型

*   瀑布模型
*   迭代模型
*   敏捷开发 (Scrum, Kanban)

### 5.2 软件测试

*   单元测试
*   集成测试
*   系统测试
*   验收测试

### 5.3 版本控制

*   Git (GitHub, GitLab, Bitbucket)

## 六、 人工智能基础

### 6.1 机器学习

*   监督学习 (回归、分类)
*   无监督学习 (聚类、降维)
*   强化学习

### 6.2 深度学习

*   神经网络 (CNN, RNN, Transformer)

### 6.3 自然语言处理 (NLP)

*   文本分类、文本生成、机器翻译。

这份思维导图涵盖了计算机科学的一些核心领域，并尝试以清晰的层次结构呈现。

《计算机思维导图》

一、计算机基础

1.1 计算机组成

1.1.1 硬件系统
- CPU (中央处理器)
  - 运算器：执行算术和逻辑运算。
  - 控制器：控制指令的执行顺序和数据流。
  - 高速缓存 (Cache)：提高CPU访问速度。
- 存储器
  - 内存 (RAM)：临时存储数据和程序。
  - 只读存储器 (ROM)：存储启动程序和BIOS。
  - 硬盘 (HDD/SSD)：永久存储数据。
- 输入设备
  - 键盘、鼠标、扫描仪、摄像头等。
- 输出设备
  - 显示器、打印机、音响等。
- 总线
  - 连接各个组件，传输数据和控制信号。
1.1.2 软件系统
- 系统软件
  - 操作系统 (OS)：管理硬件资源，提供用户界面。
    - Windows、Linux、macOS、Android、iOS等。
  - 驱动程序：控制硬件设备。
  - 编程语言及其编译器/解释器 (如C++, Java, Python)。
- 应用软件
  - 办公软件、游戏、浏览器、图像处理软件等。

1.2 数据表示与存储

1.2.1 数据类型
- 基本数据类型
  - 整型 (int, short, long, byte)
  - 浮点型 (float, double)
  - 字符型 (char)
  - 布尔型 (boolean)
- 复合数据类型
  - 数组
  - 结构体 (struct)
  - 类 (class)
  - 指针 (pointer)
1.2.2 数据编码
- 二进制
- ASCII码
- Unicode (UTF-8, UTF-16, UTF-32)
1.2.3 存储方式
- 位 (bit)
- 字节 (byte)
- 千字节 (KB)
- 兆字节 (MB)
- 吉字节 (GB)
- 太字节 (TB)

1.3 操作系统原理

1.3.1 进程管理
- 进程的概念
- 进程状态 (新建、就绪、运行、阻塞、终止)
- 进程调度算法 (FCFS, SJF, 优先级调度, 轮转调度)
- 进程间通信 (IPC)
  - 共享内存、消息队列、管道等。
- 死锁
1.3.2 内存管理
- 内存分配
  - 连续分配 (固定分区、可变分区)
  - 非连续分配 (分页、分段、段页式)
- 虚拟内存
  - 页面置换算法 (FIFO, LRU, OPT)
1.3.3 文件系统
- 文件组织方式 (目录结构)
- 文件操作 (创建、删除、读写)
- 磁盘管理

二、编程基础

2.1 编程范式

2.1.1 面向过程编程
- 以过程为中心，强调算法。
- C语言。
2.1.2 面向对象编程
- 以对象为中心，强调封装、继承、多态。
- Java, C++, Python。
2.1.3 函数式编程
- 以函数为中心，强调纯函数、不可变性。
- Haskell, Lisp, Scala。

2.2 常用数据结构

2.2.1 线性结构
- 数组
- 链表 (单向链表、双向链表、循环链表)
- 栈 (LIFO)
- 队列 (FIFO)
2.2.2 非线性结构
- 树
  - 二叉树、二叉搜索树、平衡二叉树、B树、B+树。
- 图
  - 邻接矩阵、邻接表。

2.3 常用算法

2.3.1 排序算法
- 冒泡排序、选择排序、插入排序、快速排序、归并排序、堆排序。
2.3.2 查找算法
- 顺序查找、二分查找、哈希查找。
2.3.3 图算法
- 深度优先搜索 (DFS)、广度优先搜索 (BFS)。
- 最短路径算法 (Dijkstra, Floyd-Warshall)。
- 最小生成树算法 (Prim, Kruskal)。
2.3.4 动态规划

三、计算机网络

3.1 网络协议

3.1.1 OSI 模型
- 物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层、应用层。
3.1.2 TCP/IP 协议族
- 应用层 (HTTP, FTP, SMTP, DNS)
- 传输层 (TCP, UDP)
- 网络层 (IP)
- 数据链路层 (以太网, PPP)

3.2 网络拓扑结构

总线型、星型、环型、树型、网状型。

3.3 网络安全

防火墙
入侵检测系统 (IDS)
虚拟专用网络 (VPN)
加密技术 (对称加密、非对称加密、哈希算法)

四、数据库

4.1 关系型数据库

4.1.1 SQL
- 查询 (SELECT)
- 插入 (INSERT)
- 更新 (UPDATE)
- 删除 (DELETE)
4.1.2 关系模型
- 实体、属性、关系
- 主键、外键
4.1.3 ACID 特性
- 原子性 (Atomicity)
- 一致性 (Consistency)
- 隔离性 (Isolation)
- 持久性 (Durability)
4.1.4 数据库设计
- 范式 (1NF, 2NF, 3NF, BCNF)

4.2 NoSQL 数据库

键值数据库 (Redis, Memcached)
文档数据库 (MongoDB)
列式数据库 (HBase)
图形数据库 (Neo4j)

五、软件工程

5.1 软件开发模型

瀑布模型
迭代模型
敏捷开发 (Scrum, Kanban)

5.2 软件测试

单元测试
集成测试
系统测试
验收测试

5.3 版本控制

Git (GitHub, GitLab, Bitbucket)

六、人工智能基础

6.1 机器学习

监督学习 (回归、分类)
无监督学习 (聚类、降维)
强化学习

6.2 深度学习

神经网络 (CNN, RNN, Transformer)

6.3 自然语言处理 (NLP)

文本分类、文本生成、机器翻译。